Luận Văn Sử dụng Matlab để giải một số bài toán mạch điện một pha

Mục Lục
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài . 2
2. Đối tượng nghiên cứu 2
3. Mục đích-Nhiệm vụ nghiên cứu . 2
4. Phạm vi nghiên cứu . 2
5. Giả thuyết khoa học 3
6. Đóng góp của đề tài . 3
7. Phương pháp nghiên cứu . 3
8. Cấu trúc của khóa luận 3
PHẦN NỘI DUNG 5
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
I. Lý thuyết chung . 6
1. Mạch điện, cấu trúc của mạch điện . 6
1.1. Mạch điện . 6
1.2. Cấu trúc của mạch điện 6
2. Các đại lượng đặc trưng của mạch điện 6
2.1. Dòng điện . 6
2.2. Điện áp . 6
2.3. Công suất 7
3. Các loại phần tử mạch . 7
3.1. Nguồn điện áp 7
3.2. Nguồn dòng điện 7
3.3. Điện trở R . 7
3.4. Điện cảm L . 8
3.5. Điện dung C . 8
4. Hai định luật Kirchhoff . 8
4.1. Định luật Kirchhoff 1 . 9
4.2. Định luật Kirchhoff 2 . 9
II. Giới thiệu sơ lược các phương pháp giải mạch điện . 9
1. Phương pháp vectơ 9
2. Phương pháp số phức 11
2.1. Phương pháp biến đổi tương đương . 13
2.1.1. Ghép tổng trở nối tiếp. Công thức chia áp 13
2.1.2.Ghép tổng trở song song. Công thức chia dòng . 14
2.2. Phương pháp dòng điện nhánh: 16
2.3. Phương pháp dòng điện vòng (dòng mắt lưới). . 18
2.4. Phương pháp điện áp 2 nút . 20
III. Tìm hiểu về phần mềm Matlab . 22
1. Giới thiệu về Matlab . 22
1.1. Các phép toán đơn giản 23
1.2. Không gian làm việc của Matlab. 23
1.3. Biến 23
1.4. Câu giải thích (comment) và sự chấm câu. 24
1.5. Số phức . 24
2. Một số vấn đề cơ bản trong việc tính toán của Matlab . 24
2.1 Các hàm toán học thông thường . 24
2.2 Toán tử quan hệ, toán tử logic . 25
2.3 Hàm quan hệ, hàm logic 25
2.4 Vòng lập for, vòng lập while, cấu trúc if-else-end 26
2.5 Giải phương trình, hệ phương trình đại số - hàm solve 27
2.5.1 Giải phương trình . 27
2.5.2 Giải hệ phương trình 27
2.6 Đồ thị trong mặt phẳng – hàm plot . 27
3. Giao diện đồ họa đơn giản trong Matlab . 28
4. Các bước giải bài tập về mạch điện trong Matlab . 29
Chương 2: MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN MỘT PHA THÔNG DỤNG . 31
1. Mạch gồm hai nhánh R, L, C mắc song song. 31
2. Mạch gồm hai nhánh R, L, C mắc song song và mắc nối tiếp với
một nhánh R, L, C. 32
3. Mạch hai nút-ba vòng 33
4. Mạch bốn nút-bảy vòng. . 34
5. Mạch gồm nhiều nhánh mắc song song. . 36
6. Mạch cầu . 37
Chương 3: SỬ DỤNG MATLAB ĐỂ HỖ TRỢ GIẢI
MẠCH ĐIỆN MỘT PHA 39
1. Mạch gồm hai nhánh R, L, C mắc song song. 42
2. Mạch gồm hai nhánh R, L, C mắc song song và mắc nối tiếp với
một nhánh R, L, C. 47
3. Mạch hai nút-ba vòng 48
4. Mạch bốn nút-bảy vòng. . 49
5. Mạch gồm nhiều nhánh mắc song song. . 50
6. Mạch cầu. 51
PHẦN KẾT LUẬN 53
1. Kết quả nghiên cứu . 54
2. Đóng góp của đề tài . 54
3. Hạn chế của đề tài . 54
4. Hướng phát triển tương lai 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Khóa luận tốt nghiệp
SVTH: Trần Ngọc Tiền Trang 1
Khóa luận tốt nghiệp
SVTH: Trần Ngọc Tiền Trang 2
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây khoa học-kỹ thuật phát triển hết sức nhanh chóng, đặc biệt
là trong lĩnh vực truyền thông và tin học ứng dụng. Những thiết bị nghe nhìn, thiết bị
kỹ thuật số, máy tính, đã trở thành những phương tiện hết sức phổ biến trong xã hội,
nhất là máy tính. Có thể nói máy tính là một trong những phương tiện thiết yếu đối với
tất cả mọi người. Ngoài việc mô phỏng các vấn đề, các hiện tượng, trình bày các tài
liệu, máy tính còn giúp người học tìm được các kết quả một cách nhanh chóng và
chính xác đối với những phép tính số học phức tạp. Do đó việc sử dụng máy tính để
phục vụ cho việc Dạy-Học là hết sức cần thiết.
Trong quá trình học tập ở giảng đường Đại học tôi phải thường xuyên đối mặt với
những phép tính, những phương trình, những hệ phương trình phức tạp và phải mất rất
nhiều thời gian để giải các bài toán này. Trong các học phần đã được học tôi nhận thấy
khi giải các bài tập về mạch điện thì rất mất thời gian, vì phải đối mặt với rất nhiều
phương trình, hệ phương trình khó giải. Ngoài ra, một trong những yêu cầu của người
học đối với việc giải mạch điện là kiểm tra lại kết quả đã tìm được là đúng hay sai. Vì
vậy việc sử dụng máy tính để làm các công việc này là thích hợp nhất.
Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ để tính toán với nhiều tính năng ứng dụng khác
nhau như Maple, Mathematical, Matlab, Trong đó Matlab là một trong những phần
mềm có khả năng ứng dụng rất cao. Matlab là công cụ hỗ trợ cho việc tính toán, làm
thay cho người học những vấn đề khó khăn, bên cạnh đó Matlab còn có thể mô phỏng
những biểu đồ, đồ thị rất hữu hiệu.
Việc mô phỏng nội dung bài học bằng máy tính sẽ tạo ra sự hứng thú học tập cho học
sinh, giúp các em có một cách nhìn khái quát và tổng thể về bài học. Từ đó giúp cho
học sinh phát triển tư duy sáng tạo và rèn luyện kỹ năng-kỹ xảo.
Với những lý do trên tôi quyết định nghiên cứu đề tài “Sử dụng Matlab để giải một số
bài toán mạch điện một pha”.
2. Đối tượng nghiên cứu
Ngôn ngữ lập trình Matlab.
Ứng dụng Matlab để giải mạch điện một pha.
3. Mục đích-Nhiệm vụ nghiên cứu
3.1 Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Matlab để xây dựng chương trình giải các bài toán về
mạch điện một pha.
3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu
Trình bày sơ lược các phương pháp giải mạch điện một pha.
Tìm hiểu Matlab, giao diện đồ họa trong Matlab và ứng dụng của nó.
Lập trình phần mềm.
Đánh giá kết quả thu được sau khi nghiên cứu.
4. Phạm vi nghiên cứu
Khóa luận tốt nghiệp
SVTH: Trần Ngọc Tiền Trang 3
Do khuôn khổ của đề tài, do quỹ thời gian không lớn và những hạn chế về trình độ của
bản thân. Đề tài này chỉ giới thiệu ngôn ngữ lập trình kỹ thuật Matlab, thiết kế giao
diện đồ họa đơn giản trong Matlab và ứng dụng Matlab để giải mạch điện một pha.
5. Giả thuyết khoa học
Ngôn ngữ lập trình Matlab là khó học, phải tốn nhiều thời gian để nghiên cứu và tìm
hiểu. Nhưng nếu sử dụng tốt phần mềm Matlab thì sẽ hỗ trợ rất tốt cho việc giải các bài
tập về mạch điện nói chung, các bài tập về mạch điện một pha nói riêng. Trên cơ sở đó
sẽ hỗ trợ tốt cho việc giảng dạy môn Kỹ thuật điện ở Đại học.
6. Đóng góp của đề tài
Đây là đề tài nghiên cứu khoa học có hệ thống và tương đối đầy đủ về ngôn ngữ lập
trình Matlab trong việc ứng dụng Matlab để giải các bài tập về mạch điện một pha. Đề
tài sẽ nêu lên được các vấn đề cơ bản trong việc xây dựng thuật toán và sử dụng giao
diện đồ họa của Matlab cho việc giải các bài tập về mạch điện. Trên cơ sở đó có thể mở
rộng ứng dụng của Matlab cho những vấn đề khác trong quá trình học tập và nghiên
cứu cũng như trong quá trình dạy học của bản thân tôi sau này. Do đó các kết quả
nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đề ra những biện pháp nhằm cải tiến phương pháp và
nâng cao chất lượng trong Dạy-Học ở Đại học cũng như ở Phổ thông.
Việc tìm hiểu, nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Matlab giúp cho bản thân tôi có một cách
nhìn khái quát về ứng dụng của máy tính trong việc học tập và dạy học. Từ đó tôi có
thể vận dụng một cách linh hoạt và chủ động các ứng dụng này vào công việc của
mình, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng của công việc.
7. Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tôi sử dụng một số phương pháp sau
Phương pháp đọc sách và tài liệu.
Phương pháp phân tích và tổng hợp.
Tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn.
Phương pháp thực hành và thí nghiệm.
8. Cấu trúc của khóa luận
Gồm có ba phần
Phần mở đầu
Phần nội dung
Chương 1: Cơ sở lý thuyết
I. Lý thuyết chung
II. Giới thiệu sơ lược các phương pháp giải mạch điện
Phương pháp véctơ
Phương pháp số phức
ã Phương pháp biến đổi tương đương
ã Phương pháp dòng điện nhánh
ã Phương pháp dòng điện vòng
Khóa luận tốt nghiệp
SVTH: Trần Ngọc Tiền Trang 4
ã Phương pháp điện áp hai nút
III. Tìm hiểu về phần mềm Matlab
Giới thiệu về Matlab
Một số vấn đề cơ bản trong việc tính toán của Matlab
Giao diện đồ họa đơn giản trong Matlab
Các bước giải bài tập về mạch điện trong Matlab
Chương 2: Một số mạch điện một pha thông dụng
Mạch gồm hai nhánh R, L, C mắc song song
Mạch gồm hai nhánh R,L,C mắc song song và mắc nối tiếp với một nhánh R,L,C
Mạch hai nút-ba vòng
Mạch bốn nút-bảy vòng
Mạch gồm nhiều nhánh mắc song song
Mạch cầu
Chương 3: Sử dụng Matlab để hỗ trợ giải mạch điện một pha
Chọn dạng bài tập về mạch điện một pha.
Nhập các dữ kiện đã cho đối với bài tập đã chọn như: R, L, C, ω, U, .
Ra lệnh cho Matlab giải mạch điện để tìm các dữ kiện cần tìm của bài tập như:
các dòng điện trên các nhánh, công suất,
Phần kết luận